DE69505983T2

DE69505983T2 - TRANSMISSION SYSTEM

Info

Publication number: DE69505983T2
Application number: DE69505983T
Authority: DE
Inventors: Igor V. Sankt-Petersburg 198332 Aleksahin; Boris A. Dnepropetrovsk 320107 Koriakov-Savoysky; Ivan P. Dnepropetrovsk 320006 Vlasov
Original assignee: Ikona Gears Ltd
Current assignee: Ikona Gear Usa inc Boulder Col Us
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1995-07-26
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2015-07-27
Also published as: DE69505983D1; EP0770192B1; EP0770192A1; ATE173327T1

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebesystem. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Hohlradpaarsystem, z. B. in einem Planetenradsystem.The invention relates to a transmission system. In particular, the invention relates to a ring gear pair system, e.g. in a planetary gear system.

Planetenrad- oder epizyklische Getriebesysteme als Untersetzungsgetriebe sind keinesfalls neu. Beispiele solcher Systeme wurden in den US-Patenten Nr. 546,249 (D. S. Regan, 10. September 1895); 1,693,154 (J. Newmann, November 27, 1928); 2,037,787 (J. W. Hughes, 21. April 1936); 2,049,696 (E. A. M. Fliesberg, 4. August 1936); 2,250,259 (B. Foole, Jr., 22. Juli 1941) und 5,277,672 (Droulon et al. 11. Januar 1994) beschrieben.Planetary or epicyclic gear systems as reduction gears are by no means new. Examples of such systems have been described in U.S. Patent Nos. 546,249 (D. S. Regan, September 10, 1895); 1,693,154 (J. Newmann, November 27, 1928); 2,037,787 (J. W. Hughes, April 21, 1936); 2,049,696 (E. A. M. Fliesberg, August 4, 1936); 2,250,259 (B. Foole, Jr., July 22, 1941), and 5,277,672 (Droulon et al., January 11, 1994).

Ein Anwendungsbeispiel eines Hohlradpaarsystems ist die Verwendung in einem Planetengetriebesystem. Zu den grundsätzlichen Elementen eines Planetengetriebesystems gehören ein Hohlrad, das einen Zahnkranz darstellt, und ein Ritzel, das eine geringere Anzahl von Zähnen aufweist als das Hohlrad. Wenn das Ritzel angetrieben wird, dann greifen dessen Zahnräder in die Zähne des Hohlrads ein, das sie damit antreiben. Bei der Herstellung von Hohlradpaarsystemen sind zwei der zu berücksichtigenden Hauptprobleme (i) der Unterschnitt zwischen den Köpfen der Zähne und (ii) der gute Kontakt zwischen den Zähnen zur Gewährleistung der maximalen Drehmomentübertragung. Manchmal ist es auch wünschenswert, das Zähnezahlverhältnis so eng wie möglich zu gestalten. Das kann nur erzielt werden, wenn der Unterschied zwischen der Zähnezahl des Ritzels und der Zähnezahl des Hohlrads minimal ist. Idealerweise sollte es möglich sein, den Unterschied zwischen der Zähnezahl des Hohlrads und der Zähnezahl des Ritzels auf 1 zu reduzieren. Häufige Probleme bei solchen Hohlradpaarsystemen sind der Unterschnitt zwischen den Köpfen und der geringe Kontakt zwischen den Zähnen des Getriebes.An example of an application of a ring gear pair system is its use in a planetary gear system. The basic elements of a planetary gear system include a ring gear, which is a ring gear, and a pinion, which has a smaller number of teeth than the ring gear. When the pinion is driven, its gears mesh with the teeth of the ring gear, which they thereby drive. When manufacturing ring gear pair systems, two of the main problems to consider are (i) the undercut between the heads of the teeth and (ii) the good contact between the teeth to ensure maximum torque transmission. Sometimes it is also desirable to make the ratio of teeth as close as possible. This can only be achieved if the difference between the number of teeth on the pinion and the number of teeth on the ring gear is minimal. Ideally, it should be possible to reduce the difference between the number of teeth on the ring gear and the number of teeth on the pinion to 1. Common problems In such ring gear pair systems, the undercut between the heads and the low contact between the teeth of the gear.

Eine Aufgabe der Erfindung ist, für die erwähnten Probleme Lösungen in Form eines Hohlradpaarsystems zu finden, wobei kein Kopfunterschnitt auftritt, auch wenn der Unterschied zwischen den Zähnen des Hohlrads und den Zähnen des Ritzels lediglich 1 beträgt.One object of the invention is to find solutions to the problems mentioned in the form of a ring gear pair system, whereby no head undercut occurs, even if the difference between the teeth of the ring gear and the teeth of the pinion is only 1.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist; ein Hohlradpaarsystem zu schaffen, in dem die Zähne des Ritzels zu denen des Hohlrads konjugiert sind und in dem ein hohes Kontaktverhältnis besteht, so daß die Rotationskraft zwischen einer Mehrzahl von Zahnpaaren aufgeteilt wird.Another object of the invention is to provide a ring gear pair system in which the teeth of the pinion are conjugated to those of the ring gear and in which there is a high contact ratio so that the rotational force is divided between a plurality of tooth pairs.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Hohlradpaarsystem zu schaffen, in dem die Möglichkeit des Rückfederns zwischen Ritzel und Hohlrad auf ein Minimum reduziert oder ganz ausgeschaltet wird.A further object of the invention is to provide a ring gear pair system in which the possibility of springback between the pinion and the ring gear is reduced to a minimum or eliminated entirely.

Folglich betrifft die Erfindung ein Hohlradpaarsystem wie es in GB-A-11 01522 offenbart wurde, bestehend aus einem Ritzel, einer ersten Verzahnung auf dem genannten Ritzel; einem Hohlrad; einer zweiten Verzahnung auf dem genannten Hohlrad die zur Rotation des genannten Hohlrads durch das genannte Ritzel in die erste Verzahnung eingreift, wobei das genannte Hohlrad mindestens einen Zahn mehr aufweist als das genannte Ritzel und wobei der einzige Kontakt zwischen den genannten ersten und zweiten Verzahnungen ausschließlich auf einer Seite der Linie besteht, die diametrisch durch die Zentren des genannten Ritzels und das genannte Hohlrad läuft, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Verzahnung zu der genannten zweiten Verzahnung konjugiert ist und daß der Eingriffswinkel am Kopf jedes Zahnes der genannten zweiten Verzahnung zwischen 2 und 16 Grad beträgt.Accordingly, the invention relates to a ring gear pair system as disclosed in GB-A-11 01522, comprising a pinion, a first toothing on said pinion; a ring gear; a second toothing on said ring gear which engages the first toothing for rotation of said ring gear through said pinion, said ring gear having at least one more tooth than said pinion and the only contact between said first and second toothings being exclusively on one side of the line which runs diametrically through the centres of said pinion and said ring gear, characterized in that said first toothing is conjugated to said second toothing and in that the pressure angle at the head of each tooth of the said second gearing is between 2 and 16 degrees.

Der Begriff "konjugiert" bezeichnet eine Zahnform, bei der zwei ineinandergreifende Verzahnungen dieser Form ein konstantes Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten der jeweiligen Räder aufweisen, so daß wenn z. B. das Antriebsritzel eine konstante Winkelgeschwindigkeit aufweist, auch das angetriebene Zahnrad stets eine exakt konstante Winkelgeschwindigkeit aufweist.The term "conjugated" refers to a tooth shape in which two intermeshing teeth of this shape have a constant ratio of the angular velocities of the respective wheels, so that if, for example, the drive pinion has a constant angular velocity, the driven gear also always has an exactly constant angular velocity.

Eine konkrete Ausführung des Hohlradpaarsystems ist ein Planetenradsystem, das die oben beschriebenen Elemente enthält.A specific design of the ring gear pair system is a planetary gear system that contains the elements described above.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen. In den Zeichnungen zeigen:The invention is described below with reference to the attached drawings, which show a preferred embodiment of the invention. In the drawings show:

Fig. 1 einen schematischer Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Planetenradsystem;Fig. 1 shows a schematic longitudinal section through a planetary gear system according to the invention;

Fig. 2 einen Querschnitt im wesentlichen entlang der Linie II-II in Fig. 1, wobei manche Teile ausgelassen sind;Fig. 2 is a cross-sectional view taken substantially along the line II-II in Fig. 1, with some parts omitted;

Fig. 3 eine schematische Vorderansicht der Kopfkreise für das Ritzel und das Hohlrad eines Hohlradsystems;Fig. 3 is a schematic front view of the tip circles for the pinion and the ring gear of a ring gear system;

Fig. 4-6 schematische Vorderansichten der überlappenden Flächen der Kopfkreise mit den Zahnkontaktlinien für eine konventionelle Evolventenverzahnung;Fig. 4-6 schematic front views of the overlapping surfaces of the tip circles with the tooth contact lines for a conventional involute gear;

Fig. 7-8 schematische Vorderansichten der überlappenden Flächen der Kopfkreise mit den Zahnkontaktlinien für die in den in Fig. 1 und 2 dargestellten Pla netenradsystemen angewandten Hohlradpaare;Fig. 7-8 schematic front views of the overlapping surfaces of the tip circles with the tooth contact lines for the plates shown in Fig. 1 and 2 ring gear pairs used in magnetic gear systems;

Fig. 9 eine schematische Vorderansicht der Kopfkreise für die erfindungsgemäßen Hohlradpaare mit einem Zahnprofil des Hohlrads.Fig. 9 is a schematic front view of the tip circles for the ring gear pairs according to the invention with a tooth profile of the ring gear.

In bezug auf Fig. 1 und 2 enthalten die grundsätzlichen Elemente eines erfindungsgemäßen Hohlradpaarsystems ein allgemein als 1 bezeichnetes Gehäuse, worin eine Eingangswelle 2 mit einem darauf befindlichen Exzenter 3 untergebracht ist, einen Planeten 4, der ein Hohlrad 5 auf einem Rad 6 antreibt, und eine Ausgangswelle bzw. angetriebene Welle 7, die über Rad 6 mit Hohlrad 5 verbunden ist.With reference to Figs. 1 and 2, the basic elements of a ring gear pair system according to the invention include a housing, generally designated 1, in which an input shaft 2 with an eccentric 3 thereon is housed, a planet 4 which drives a ring gear 5 on a wheel 6, and an output shaft or driven shaft 7 which is connected to ring gear 5 via wheel 6.

Das Gehäuse 1 wird von einem Paar zylindrischer Gehäuseteile 9 und 10 gebildet. Zu Gehäuseteil 9 gehören eine zylindrische Seitenwand 11, eine äußere Endwand 12 und ein ringförmiger Flansch 13 an deren offenem inneren Ende. Zu Gehäuseteil 10 gehören eine zylindrische Seitenwand 14, eine Endwand 15 und eine Hülse 16, die von der Endwand 15 nach außen verläuft. Die Gehäuseteile 9 und 10 sind durch eine Mehrzahl an Schrauben 18 (zwei gezeigt) miteinander verbunden, die durch den ringförmigen Flansch 13 in das offene Ende 19 des Gehäuseteils 10 verlaufen.The housing 1 is formed by a pair of cylindrical housing parts 9 and 10. Housing part 9 includes a cylindrical side wall 11, an outer end wall 12 and an annular flange 13 at the open inner end thereof. Housing part 10 includes a cylindrical side wall 14, an end wall 15 and a sleeve 16 extending outwardly from the end wall 15. The housing parts 9 and 10 are connected together by a plurality of bolts 18 (two shown) which extend through the annular flange 13 into the open end 19 of the housing part 10.

Die Eingangswelle 2 verläuft durch eine Öldichtung 20 an der Endwand 12 des Gehäuseteils 9 und ein Kugellager 21 in der Endwand. Der Exzenter 3 auf der Eingangswelle 2 trägt den Planeten 4, der durch die Kugellager 22 und 23 in Gehäuse 1 vom Exzenter getrennt ist. Auf der Welle an jedem Ende des Exzenters 3 sind Gegengewichte 35 vorgesehen.The input shaft 2 passes through an oil seal 20 on the end wall 12 of the housing part 9 and a ball bearing 21 in the end wall. The eccentric 3 on the input shaft 2 carries the planet 4, which is separated from the eccentric by the ball bearings 22 and 23 in the housing 1. Counterweights 35 are provided on the shaft at each end of the eccentric 3.

Zu Planet 4 gehört ein erstes Ritzel mit Verzahnung 26 an dessen Eingangsende, worin eine ringförmige Zahnreihe 28 auf einem Flansch 29 eingreift, der am offenen inneren Ende des Gehäuseteils 9 radial nach innen verläuft. Die Verzah nung 30 am Ausgangsende des Planeten 4 greift in Verzahnung 32 an Hohlrad 5 ein.Planet 4 includes a first pinion with teeth 26 at its input end, in which an annular row of teeth 28 engages on a flange 29 which extends radially inwards at the open inner end of the housing part 9. The teeth The toothing 30 at the output end of the planet 4 engages with the toothing 32 on the ring gear 5.

Hohlrad 5 wird von einem radial nach innen verlaufenden Flansch am offenen Ende von Rad 6 abgegrenzt. Wie am besten in Fig. 1 dargestellt wird, gehört zu dem Rad 6 eine Seitenwand 33, die mit Hohlrad 5 und einer Endwand 34 ein Stück bildet. Ein Außenring 36 verläuft nach außen von der Endwand 34, um ein Lager 37 aufzunehmen, welches das innere Ende der Eingangswelle 2 stützt.Ring gear 5 is defined by a radially inwardly extending flange at the open end of gear 6. As best shown in Fig. 1, gear 6 includes a side wall 33 integral with ring gear 5 and an end wall 34. An outer ring 36 extends outwardly from end wall 34 to receive a bearing 37 which supports the inner end of input shaft 2.

Die Welle 7 verläuft nach außen durch Lager 40, das in Hülse 16 des Gehäuseteils 10 befestigt ist, und durch eine ringförmige Öldichtung 41.The shaft 7 extends outwardly through bearing 40, which is fixed in sleeve 16 of the housing part 10, and through an annular oil seal 41.

Im Betrieb führt die Rotation der Eingangswelle 2 zur epizyklischen Bewegung des Planeten 4 in Hohlrad 5. Dadurch werden Rad 5 und folglich auch die Ausgangswelle 7 mit verringerter Geschwindigkeit angetrieben, die sich nach der Zähnezahl der beiden Hohlradpaare richtet. Fig. 3 zeigt die Kopfkreise eines Hohlradpaares wie dem Ritzel und Hohlrad, dessen Verzahnung in Fig. 1 als 26 und 28 bezeichnet wird, oder dem Ritzel und Hohlrad, dessen Verzahnung als 30 und 32 bezeichnet wird. Wie Fig. 3 zeigt, ist die Überlappungsfläche 44 zwischen Kopfkreis 45 der Verzahnung des Ritzels und der Kopfkreis 46 des Hohlrads halbkreisförmig. Die Fläche 44 ist die einzige Überlappungsfläche, und daher muß der Zahnkontakt in einer solchen Fläche zustande kommen. Eine durch die Radmitten 50 und 51 (Ritzel bzw. Hohlrad) laufende Linie 48 schneidet die Kopfkreise 45 und 46 an Punkten 52 bzw. 53. Die Arbeitstiefe der Verzahnung ist die Entfernung zwischen den Punkten 52 und 53.In operation, the rotation of the input shaft 2 leads to the epicyclic movement of the planet 4 in the ring gear 5. This drives the gear 5 and consequently also the output shaft 7 at a reduced speed, which depends on the number of teeth of the two ring gear pairs. Fig. 3 shows the tip circles of a ring gear pair such as the pinion and ring gear, the teeth of which are designated 26 and 28 in Fig. 1, or the pinion and ring gear, the teeth of which are designated 30 and 32. As Fig. 3 shows, the overlap surface 44 between the tip circle 45 of the pinion teeth and the tip circle 46 of the ring gear is semicircular. The surface 44 is the only overlap surface, and therefore the tooth contact must occur in such a surface. A line 48 running through the wheel centers 50 and 51 (pinion or ring gear) intersects the tip circles 45 and 46 at points 52 and 53 respectively. The working depth of the gearing is the distance between points 52 and 53.

In einem Hohlradpaarsystem liegt der Wälzpunkt auf der Mittellinie so, daß die Entfernungen zu den Radzentren dasselbe Verhältnis aufweisen wie die Zähnezahl. Wenn der Kon taktweg die Mittellinie schneidet, muß dies am Wälzpunkt geschehen. Bei konventionellen Radpaaren liegt der Wälzpunkt zwischen den Kopfkreisen, nämlich zwischen Punkten 52 und 53 in Fig. 4. Bei einem konventionellen Radpaarsystem mit Evolventenverzahnung bildet der Kontaktweg 55 (Fig. 4) eine Gerade zwischen Ritzel und Hohlrad durch den Wälzpunkt, der meistens zwischen den Punkten 52 und 53 liegt. Bei einer Drehung im Uhrzeigersinn und Ritzelantrieb beginnt der Kontakt am linken Ende des Kontaktwegs 55, wo der Weg den Kopfkreis 46 des Hohlrads schneidet. Der Kontakt endet an dem Punkt, an dem der Kontaktweg 55 den Kopfkreis 45 des Ritzels schneidet. Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung ist die üblichste, wobei der Wälzpunkt zwischen Punkten 52 und 53 liegt. Wenn der Wälzpunkt mit Punkt 52 übereinstimmt (Fig. 5), kommt es überall zum Anlauf, und wenn der Wälzpunkt mit Punkt 53 übereinstimmt (Fig. 6), kommt es überall zum Austritt. Wenn das Antriebsritzel entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, sind die Kontaktwege die Spiegelbilder des in Fig. 4 und 5 dargestellten Kontaktwegs.In a ring gear pair system, the pitch point is located on the center line so that the distances to the wheel centers have the same ratio as the number of teeth. If the con clockwise rotation and pinion drive, contact begins at the left end of contact path 55 where the path intersects the tip circle 46 of the ring gear. Contact ends at the point where contact path 55 intersects the pinion tip circle 45. The arrangement shown in Fig. 4 is the most common, with the pitch point between points 52 and 53. When the pitch point coincides with point 52 (Fig. 5), start-up occurs everywhere, and when the pitch point coincides with point 53 (Fig. 6), exit occurs everywhere. When the drive pinion is rotated anti-clockwise, the contact paths are mirror images of the contact path shown in Figs. 4 and 5.

Wenn der Unterschied zwischen den Zahnanzahlen (N2 - N1) für ein Radpaarsystem mit Evolventenverzahnung weniger als ca. sechs beträgt (wobei N2 die Zahl der Hohlradzähne und N1 die Zahl der Ritzelzähne darstellt), dann kommt es gewöhnlich zu Kopfunterschnitt oder Anstoßen. Die Zahnköpfe des Ritzels stoßen an einem Punkt, der nicht auf der Mittellinie 48 liegt, auf die Zahnköpfe des Hohlrads. Ein Radpaar mit derartigem Unterschnitt ist nicht verwendbar.If the difference between the number of teeth (N2 - N1) for a gear pair system with involute toothing is less than approximately six (where N2 is the number of ring gear teeth and N1 is the number of pinion teeth), then a tip undercut or butting usually occurs. The tooth tips of the pinion will butt against the tooth tips of the ring gear at a point that is not on the center line 48. A gear pair with such an undercut cannot be used.

Wie am besten in Fig. 7 dargestellt wird, wird im gegenwärtigen Fall eine konjugierte Zahnform verwendet, wobei der Wälzpunkt immer auf der Linie 48 außerhalb der zwischen Punkten 52 und 53 befindlichen Fläche liegt. Es ist zu beachten, daß wenn die Kontaktlinie 60 bei Drehung im Uhr zeigersinn verlängert wird, sie die Mittellinie 48 über der Überlappungsfläche der Kopfkreise 45 und 46 schneidet. Dasselbe gilt für die Rotation in der entgegengesetzten Richtung (Fig. 8), wobei die Verlängerung der Kontaktlinie 61 die Mittellinie 48 über der Überlappungsfläche der Kopfkreise 45 und 46 schneidet. Der Wälzpunkt liegt auf der Mittellinie 48 über Punkt 52, und der Wälzpunktradius Rp1 des Ritzels ist größer als der Wälzpunktradius RT1 des Ritzels. Wenn das Verhältnis (Rp1 / RT1) richtig gewählt wird, ist es möglich, Kopfunterschnitt zu verhindern, auch wenn der Zähnezahlunterschied (N2 - N1) nur 1 beträgt.As best shown in Fig. 7, in the present case a conjugated tooth form is used, with the pitch point always located on the line 48 outside the area between points 52 and 53. It should be noted that when the contact line 60 is rotated clockwise clockwise, it intersects the center line 48 above the overlapping area of the tip circles 45 and 46. The same applies to rotation in the opposite direction (Fig. 8), where the extension of the contact line 61 intersects the center line 48 above the overlapping area of the tip circles 45 and 46. The pitch point is on the center line 48 above point 52, and the pitch point radius Rp1 of the pinion is larger than the pitch point radius RT1 of the pinion. If the ratio (Rp1 / RT1) is chosen correctly, it is possible to prevent tip undercut even if the difference in the number of teeth (N2 - N1) is only 1.

Da der Wälzpunkt nicht in der halbmondförmigen Fläche 44 (Fig. 3) liegt, wo der Zahnkontakt stattfindet, kann der Kontaktweg (Linie 60 oder 61) unmöglich durch den Wälzpunkt führen. Wie in Fig. 9 beim Kontaktweg dargestellt, haben die Erfinder eine Kurve 60 gewählt, die an einem Punkt 63 am Kopfkreis 46 des Hohlrads beginnt und an Punkt 66 am Kopfkreis 45 des Ritzels endet. Es wurde eine Kurve für den Kontaktweg mit einem Kurvenradius gewählt, der etwa dem mittleren Wert der Wälzkreisradien 0,5 (Rp1/RT2) entspricht, so daß die Kurve vollständig im Kontakthalbkreis liegt. Das Kontaktverhältnis der Verzahnungen richtet sich im wesentlichen nach der Länge des Kontaktweges. Indem man die Kontaktkurve so lang wie möglich wählt, wird daher ein hohes Kontaktverhältnis erzielt.Since the pitch point is not located in the crescent-shaped surface 44 (Fig. 3) where the tooth contact takes place, the contact path (line 60 or 61) cannot possibly lead through the pitch point. As shown in Fig. 9 for the contact path, the inventors have chosen a curve 60 that begins at a point 63 on the tip circle 46 of the ring gear and ends at point 66 on the tip circle 45 of the pinion. A curve was chosen for the contact path with a curve radius that corresponds approximately to the average value of the pitch circle radii 0.5 (Rp1/RT2) so that the curve lies completely in the contact semicircle. The contact ratio of the gears depends essentially on the length of the contact path. By choosing the contact curve to be as long as possible, a high contact ratio is therefore achieved.

Wie bereits erwähnt, ist der Kontaktweg 61 bei Drehung im Uhrzeigersinn (Fig. 8) das Spiegelbild von Kontaktweg 60 bei Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn. Wie am besten in Fig. 2 dargestellt wird, sind die Zahnprofile so gestaltet, daß bei Drehung der Räder im Uhrzeigersinn bei Ritzelantrieb die rechten Zahnflanken des Ritzels entlang der Linie bzw. Kurve 60 Kontakt aufnehmen und die linken Zahnflanken entlang der Linie bzw. Kurve 61 Kontakt aufnehmen. Da die Kontakte gleichzeitig stattfinden, gibt es kein Flankenspiel. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist, daß kein Kontakt entsteht, wenn die Verzahnungen durch die Mittellinie 48 laufen.As already mentioned, the contact path 61 during clockwise rotation (Fig. 8) is the mirror image of the contact path 60 during anti-clockwise rotation. As best shown in Fig. 2, the tooth profiles are designed so that when the wheels rotate clockwise with pinion drive, the right tooth flanks of the pinion make contact along the line or curve 60 and the left tooth flanks make contact along the line or curve 61. Since the Contacts occur simultaneously, there is no backlash. An important feature of the invention is that no contact occurs when the gear teeth pass through the center line 48.

Wenn das Verhältnis (Rp1/RT2) genügend groß ist, konnte festgestellt werden, daß kein Kopfunterschnitt auftritt. Wenn das Verhältnis jedoch größer wird, dann wurde festgestellt, daß die Zahndicke abnimmt. Der optimale Wert für das Verhältnis ist daher der kleinste Wert, bei dem es nicht zu Kopfunterschnitt kommt. Die nachfolgenden aufgeführten Werte haben sich gut bewährt.If the ratio (Rp1/RT2) is sufficiently large, it has been found that no head undercut occurs. However, if the ratio increases, it has been found that the tooth thickness decreases. The optimal value for the ratio is therefore the smallest value at which head undercut does not occur. The values listed below have proven to be effective.

N2 - N1 > 7 Rp1/RT1 = 1.03N2 - N1 > 7 Rp1/RT1 = 1.03

N2 - N1 = 7 Rp1/RT1 = 1.05N2 - N1 = 7 Rp1/RT1 = 1.05

N2 - N1 = 6 Rp1/RT1 = 1.07N2 - N1 = 6 Rp1/RT1 = 1.07

N2 - N1 = 5 Rp1/RT1 = 1.10N2 - N1 = 5 Rp1/RT1 = 1.10

N2 - N1 = 4 Rp1/RT1 = 1.15N2 - N1 = 4 Rp1/RT1 = 1.15

N2 - N1 = 3 Rp1/RT1 = 1.25N2 - N1 = 3 Rp1/RT1 = 1.25

N2 - N1 = 2 Rp1/RT1 = 1.40N2 - N1 = 2 Rp1/RT1 = 1.40

Alle oben aufgeführten Werte wurden hauptsächlich gewählt, um den Kopfunterschnitt zu vermeiden. Bei N2 - N1-Werten von sechs oder mehr stellt der Kopfunterschnitt allgemein kein Problem dar, aber wenn das Verhältnis (Rp1/RT1) größer als 1 ist, wird der Kontaktweg länger als wenn der Wälzpunkt zwischen den Punkten 52 und 53 liegt, was ein höheres Kontaktverhältnis darstellt.All the values listed above were chosen primarily to avoid the tip undercut. For N2 - N1 values of six or more, the tip undercut is generally not a problem, but if the ratio (Rp1/RT1) is greater than 1, the contact path becomes longer than if the pitch point is between points 52 and 53, which represents a higher contact ratio.

Bei N2 - N1 = 1 wird das Verhältnis (Rp1 / RT1) gewählt, um zwei Ziele zu erreichen, nämlich (i) kein Kopfunterschnitt und (ii) genügend Abstand (c) zwischen den Zahnköpfen an den entgegengesetzten Enden der Mittellinie (d. h. Entfernung zwischen dem Unterteil der Kopfkreise 45 und 36 in Fig. 3). Um die Forderung nach dem Abstand zu erfüllen, sollte der Wälzkreisradius des Ritzels nach folgender Formel gewählt werden:For N2 - N1 = 1, the ratio (Rp1 / RT1) is chosen to achieve two objectives, namely (i) no head undercut and (ii) sufficient distance (c) between the tooth heads at the opposite ends of the center line (i.e. distance between the bottom of the head circles 45 and 36 in Fig. 3). To meet the distance requirement, the pitch circle radius of the pinion should be selected according to the following formula:

Rp1 = N&sub1; (WD + cl)/2Rp1 = N₁ (WD + cl)/2

wobei WD die Arbeitstiefe der Verzahnung 44 (Entfernung zwischen den Punkten 52 und 53) darstellt und cl den oben genannten Abstand darstellt. Bei größeren N1-Werten (typischerweise über 200) kann es aber notwendig sein, den Rpl-Wert zu vergrößern, um Kopfunterschnitt zu verhindern. Der Wert sollte dann gemäß folgender Formel berechnet werden:where WD represents the working depth of the gear teeth 44 (distance between points 52 and 53) and cl represents the above-mentioned distance. However, for larger N1 values (typically over 200) it may be necessary to increase the Rpl value to prevent head undercut. The value should then be calculated according to the following formula:

Rp1/RT1 = 1.84 + (N&sub1;/1000)Rp1/RT1 = 1.84 + (N1 /1000)

Es ist vorzuziehen, beide Werte zu berechnen und dann den größeren Wert zu benutzen. Sobald der Rp1-Wert feststeht, kann der Wert der Entfernung C zwischen den Mittelpunkten 50 und 51 gemäß folgender Formel berechnet werden:It is preferable to calculate both values and then use the larger value. Once the Rp1 value is determined, the value of the distance C between the centers 50 and 51 can be calculated according to the following formula:

C = Rp1 (N&sub2; - N&sub1;)/N&sub1;C = Rp1 (N2 - N1 )/N1

In bezug auf Fig. 9 findet der erste Kontakt zwischen den Verzahnungen an Punkt 63 statt, wobei die gemeinsame Normale 64 am Kontaktpunkt durch den Wälzpunkt 65 führt. Der Winkel zwischen dem Radius des Hohlrads (Linie zwischen den Punkten 51 und 63 in Fig. 9) und der Linie 64 beträgt 90- φT2 Grad, wobei φT2 den Profilwinkel (bzw. Eingriffswinkel) am Kopf der Hohlradverzahnung darstellt. Der Punkt 63 wird so gewählt, daß φT2 einen geeigneten Wert aufweist, d. h. typischerweise zwischen 2 und 16 Grad und vorzugsweise 8 Grad, wobei sehr gute Erfahrungen gemacht worden sind.Referring to Fig. 9, the first contact between the gears takes place at point 63, with the common normal 64 at the contact point passing through the pitch point 65. The angle between the radius of the ring gear (line between points 51 and 63 in Fig. 9) and line 64 is 90- φT2 degrees, where φT2 represents the profile angle (or pressure angle) at the top of the ring gear gear. Point 63 is chosen so that φT2 has a suitable value, i.e. typically between 2 and 16 degrees and preferably 8 degrees, which has been very good experience.

Ähnlich beträgt der Winkel zwischen dem Radius des Ritzels (Linie zwischen den Punkten 50 und 66) und einer (nicht dargestellten) Linie zwischen den Punkten 66 und 65, wenn der Kontakt an Punkt 66 endet, 90- φT1 Grad, wobei φT1 den Profilwinkel am Kopf darstellt. Der Punkt 66 wird so gewählt, daß φT1 einen geeigneten Wert aufweist, d. h. typischerweise zwischen 30 und 40 Grad und vorzugsweise 35 Grad, wobei gute Erfahrungen gemacht worden sind.Similarly, the angle between the radius of the pinion (line between points 50 and 66) and a line (not shown) between points 66 and 65 when the contact ends at point 66, 90- φT1 degrees, where φT1 is the profile angle at the head. Point 66 is chosen so that φT1 has a suitable value, ie typically between 30 and 40 degrees and preferably 35 degrees, which has been good experience.

Die Kontaktkurve zwischen den Punkten 63 und 66 kann eine beliebige glatte Kurve darstellen, in der die Entfernung zu Punkt 50 (Mitte des Ritzels) monoton zunimmt, während sich der Kontakt von 63 auf 66 verschiebt. Eine für diesen Zweck geeignete Kurve ist die archimedische Spirale. Ihre Formel lautet R1 = R10 + kθ, wobei R10 und k die Konstanten darstellen und θ den Winkel am Pol darstellt. Sobald der Kontaktweg gewählt worden ist, kann man die konjugierten Zahnprofile des Ritzels und des Hohlrads nach den Methoden der konventionellen Zahnradgeometrie berechnen.The contact curve between points 63 and 66 can be any smooth curve in which the distance to point 50 (center of the pinion) increases monotonically as the contact moves from 63 to 66. A suitable curve for this purpose is the Archimedean spiral. Its formula is R1 = R10 + kθ, where R10 and k are the constants and θ is the angle at the pole. Once the contact path has been chosen, the conjugated tooth profiles of the pinion and ring gear can be calculated using the methods of conventional gear geometry.

Die oben beschriebene Zahnform kann in jedem Zahnradgetriebe mit Hohlradpaaren und insbesondere in Planetenradsystemen Anwendung finden. Die Vorteile dieser Zahnform sind am wichtigsten, wenn die Zähnezahl groß und N2 - N1 klein ist. Bei dem in Fig. 1 und 2 abgebildeten Zahnradgetriebe greift das linke Ritzel des Planeten 4 in ein starres Hohlrad im Gehäuse ein, während das rechte Ritzel in ein rotierendes Hohlrad 5 eingreift, das mit der Ausgangswelle 7 im dargestellten Zahnradgetriebe verbunden ist. In dem dargestellten Zahnradgetriebe ist die mittige Entfernung (zwischen Radmitte und Radmitte) gering, so daß der Planetenträger normalerweise durch einen Exzenter ersetzt werden würde. Das Untersetzungsverhältnis für das Zahnradgetriebe ist N1 N4 / (N1 N4 - N2 N3), wobei N1 bis N4 die Zähnezahl am linken Ritzel des Planeten 4, am festen Hohlrad, am rechten Ritzel des Planeten 4 und am drehbaren Hohlrad 5 bezeichnen. Die Zähnezahl-Unterschiede N2 - N1 und N4 - N2 können so gering wie 1 sein, wobei eine sehr große Auswahl an Untersetzungsverhältnissen zur Verfügung steht. Die Werte für N1 - N4 können für alle Untersetzungsverhältnisse zwischen 9 und 5000 mit einer Fehlerrate von weniger als 0,1% gefunden werden. Wenn es erforderlich ist, daß sich die Ausgangswelle in entgegengesetzter Richtung von der Eingangswelle dreht, dann können die Zähnezahlen in einem beliebigen Verhältnis zwischen -9 und -5000, ebenfalls mit einer Fehlerrate von weniger als 0,1%, gewählt werden.The tooth form described above can be used in any gear train with ring gear pairs and in particular in planetary gear systems. The advantages of this tooth form are most important when the number of teeth is large and N2 - N1 is small. In the gear train shown in Figs. 1 and 2, the left pinion of the planet 4 meshes with a fixed ring gear in the housing, while the right pinion meshes with a rotating ring gear 5 which is connected to the output shaft 7 in the gear train shown. In the gear train shown, the center distance (between wheel center and wheel center) is small, so that the planet carrier would normally be replaced by an eccentric. The reduction ratio for the gear train is N1 N4 / (N1 N4 - N2 N3), where N1 to N4 are the number of teeth on the left pinion of the planet 4, the fixed ring gear, the right pinion of the planet 4 and the rotating ring gear 5. The tooth number differences N2 - N1 and N4 - N2 can be as small as 1, with a very wide range of reduction ratios available. The values for N1 - N4 can be found for all reduction ratios between 9 and 5000 with an error rate of less than 0.1%. If it is required that the output shaft rotates in the opposite direction to the input shaft, then the tooth numbers can be chosen in any ratio between -9 and -5000, again with an error rate of less than 0.1%.

Ebenfalls bei der Berechnung der Zahnradparameter für das erfindungsgemäße Getriebesystem zu berücksichtigen ist die Berechnung des Moduls (m1) und des Ritzel-Kopfkreisradius (RT1).Also to be taken into account when calculating the gear parameters for the gear system according to the invention is the calculation of the module (m1) and the pinion tip circle radius (RT1).

Modul und Ritzel-Kopfkreisradius: Wenn das Modul ml gewählt ist, dann wird der Ritzel-Kopfkreisradius wie folgt ausgedrückt:Module and pinion tip circle radius: If the module ml is selected, then the pinion tip circle radius is expressed as follows:

m&sub1; = RT1/(0.5N&sub1; + 1)m&sub1; = RT1/(0.5N1 + 1)

Dieses Verhältnis zwischen dem Modul und dem Kopfkreisradius ist für normale außenverzahnte Räder typisch. Die Größe der Räder richtet sich effektiv danach, welche Werte man für diese Parameter wählt.This ratio between the module and the tip circle radius is typical for normal external gears. The size of the gears effectively depends on the values chosen for these parameters.

Die Formel für den Ritzel-Kopfkreisradius Rpl ist oben angegeben. Der mittige Abstand C (die Entfernung zwischen Mitte Ritzel 50 und Mitte Hohlrad 51) lautet wie folgt:The formula for the pinion tip radius Rpl is given above. The center distance C (the distance between the center of the pinion 50 and the center of the ring gear 51) is as follows:

C = Rp1 (N&sub2; - N&sub1;)/N&sub1;C = Rp1 (N2 - N1 )/N1

wobei N2 die Zähnezahl im Hohlrad und N1 die Zähnezahl im Ritzel darstellen.where N2 represents the number of teeth in the ring gear and N1 represents the number of teeth in the pinion.

Ein Wert für die Arbeitstiefe (WD) wird gewählt. Werte von ca. 1,5 m bis 2,0 m sind typisch für konventionelle Hohlradpaare, und für das erfindungsgemäße Hohlradpaar hat sich ein Wert von 1,6 m sehr gut bewährt. Der Kopfkreisradius RT2 des Hohlrads wird durch folgende Formel ausgedrückt:A value for the working depth (WD) is selected. Values of approx. 1.5 m to 2.0 m are typical for conventional ring gear pairs, and for the ring gear pair according to the invention a value of 1.6 m has proven to be very effective. The tip circle radius RT2 of the ring gear is expressed by the following formula:

RT2 = C + RT1 - WDRT2 = C + RT1 - WD

Abstand: Der als cl ["clearance"] bezeichnete Abstand ist der Abstand zwischen den Zahnköpfen auf der Mittellinie am Ende der Linie gegenüber dem Wälzpunkt; er ist immer ausreichend, wenn N2 - N1 größer ist als 1. Ist N2 - N1 = 1, dann muß der Wert für Rp1 so gewählt werden, daß genügend Abstand entsteht. Der Wert von 0,4 m wird als Mindestabstand gewählt.Clearance: The clearance, known as cl ["clearance"], is the clearance between the tooth tips on the center line at the end of the line opposite the pitch point; it is always sufficient if N2 - N1 is greater than 1. If N2 - N1 = 1, then the value of Rp1 must be chosen so that sufficient clearance is obtained. The value of 0.4 m is chosen as the minimum clearance.

Zahnhöhen: Die Zahnhöhen der Räder werden so gewählt, daß ein Fußabstand von 0,35 m entsteht. Der Fußabstand ist die Entfernung zwischen dem Fußkreis eines Rades und dem Kopfkreis des anderen Rades, gemessen am Wälzpunktende der Mittellinie. Um einen Abstand von 0,35 m zu erhalten, werden die Fußkreisradien Rroot1 und Rroot2 wie folgt errechnet:Tooth heights: The tooth heights of the wheels are selected so that a root distance of 0.35 m is created. The root distance is the distance between the root circle of one wheel and the tip circle of the other wheel, measured at the pitch point end of the center line. To obtain a distance of 0.35 m, the root circle radii Rroot1 and Rroot2 are calculated as follows:

Rroot1 = RT2 - C - 0.35 mlRroot1 = RT2 - C - 0.35 ml

Rroot2 = RT1 + C + 0.35 m&sub1;Rroot2 = RT1 + C + 0.35 m1

Zahndicke: Die Zahndicke des einen Zahnrads kann beliebig gewählt werden, und die Zahndicke des anderen Zahnrads ergibt sich dann aus dem Umstand, daß es kein Flankenspiel gibt.Tooth thickness: The tooth thickness of one gear can be chosen arbitrarily, and the tooth thickness of the other gear is then determined by the fact that there is no flank clearance.

Ist R1 der Ritzelradius auf vier Zehntel der Entfernung am aktiven Profil des Ritzels, gemessen vom niedrigsten Punkt, an dem Kontakt besteht, dann wird R1 durch folgende Formel ausgedrückt:If R1 is the pinion radius at four tenths of the distance on the active profile of the pinion, measured from the lowest point of contact, then R1 is expressed by the following formula:

R&sub1; = 0.6 RL1 + 0.4 RT1R1 = 0.6RL1 + 0.4RT1

wobei RL1 den Radius am niedrigsten Punkt darstellt, an dem Kontakt stattfindet, und wobei RT1 den Kopfkreisradius darstellt. Die Zahndicken werden so gewählt, daß die Ritzel-Zahndicke an Radius R1 der Hohlrad-Zahndicke an Radius R2 (dem Radius am Hohlrad an dem Punkt, der das Ritzel an Radius R1 berührt) entspricht. Der Faktor 4/10 wurde für Zähne gewählt, bei denen es schien, daß die Zahnstärken des Ritzels und des Hohlrades nahezu gleich waren.where RL1 represents the radius at the lowest point where contact occurs and RT1 represents the tip circle radius. The tooth thicknesses are chosen so that the pinion tooth thickness at radius R1 is equal to the ring gear tooth thickness at radius R2 (the radius on the ring gear at the point that contacts the pinion at radius R1). The factor 4/10 was chosen for teeth where it appeared that the pinion and ring gear tooth thicknesses were nearly equal.

Nachstehend folgen die Kontaktverhältnisse für Hohlradpaare mit den oben beschriebenen Zahnformen [Fortsetzung] The following are the contact conditions for ring gear pairs with the tooth shapes described above [Continuation]

Obenstehend ist N1 die Zähnezahl am Ritzel, N2 die Zähnezahl am Hohlrad und N2 - N1 ist der Unterschied zwischen den · Zähnezahlen.Above, N1 is the number of teeth on the pinion, N2 is the number of teeth on the ring gear and N2 - N1 is the difference between the number of teeth.

Claims

1. Ring gear pair system, consisting of a pinion (4); a first toothing (30) on said pinion (4); a ring gear (5); a second toothing (32) on said ring gear (5), which engages with said first toothing for rotation of said ring gear (5) by said pinion (4); wherein said ring gear (5) has at least one tooth (32) more than said pinion (4) and wherein the only contact between said first and second gears (30, 32) is exclusively on one side of the line (48) which runs diametrically through the centers (50, 51) of said pinion (4) and said ring gear (5), characterized in that said first gear (30) is conjugated to said second gear (32) and that the pressure angle at the head of each tooth of said second gear (32) is between 2 and 16 degrees,

2. Ring gear pair system according to claim 1, wherein the pressure angle at the tip of each tooth of said second gearing (32) is 8 degrees.

3. Ring gear pair system according to claim 1, wherein said pinion (4) and said ring gear (5) are components of a planetary gear system.

4. Ring gear pair system according to claim 3, wherein said planetary gear system comprises a housing (1), an input shaft (2) and an eccentric (3) on said input input shaft (2), said pinion (4) causing rotation on said eccentric (3), and having an output shaft (7) connected to said ring gear (5) for rotation thereof, said ring gear (5) causing a reduction in the rotational speed of said output shaft (7) with respect to said input shaft (2).